Стеклянный стакан может разбиться от замерзшей воды?
Один из самых интересных вопросов, связанных с физикой, заключается в том, сможет ли замерзшая вода разорвать открытый стеклянный стакан. Прикосновение морозу может вызывать волнение в сердце какого-то участника исследования именно из-за популярности этого вопроса. Чтобы ответить на него, необходимо учесть несколько факторов.
Во-вторых, замерзшая вода оказывает на стенки стаканы сильное давление, так как лед имеет плотность около 0,9 кг/м3, чего гораздо легче в дождями, чем газоподобной массы (например, воздуха). Вес замерзшей воды, считая плотностью около 1 кг/м3 и конечной массы прошло времени скорость через задание oценивался только на 1% больше коли. Полная масса замерзшей воды в стакане будет равна среднему весу бруска льда со знаком минус, так как при замерзании вода отдает большое количество тепла. Это означает, что после замерзания объём воды в стакане будет ниже, чем до замерзания.
Лед в бутылке
Когда вода замерзает, она расширяется. Одна из причин, по которой замерзшая вода может разорвать стеклянный стакан или бутылку, связана с этим явлением.
Считая, что бутылка или стакан являются идеально гладкими и не имеют трещин, рассмотрим подробнее этот вопрос.
Для начала возьмем небольшую стеклянную бутылку с открытым горлышком и заполним ее водой до полной. Пусть масса бутылки будет равна М, а масса воды в ней — м.
Когда вода замерзает, она увеличивает свой объем. Это может привести к тому, что стеклянные стенки бутылки или стакана не выдержат давления замерзшей воды и лопнет.
Замерзание воды происходит при температуре 0 градусов Цельсия. Однако, чтобы вода замерзла, ей необходимо отдать лишнюю энергию. В результате этого процесса температура в бутылке или стакане станет ниже 0 градусов.
Разница в температуре, полученная при замерзании, обычно не превышает 5-10 градусов. Это значит, что вода ледяного слоя будет температурой меньше, чем 0 градусов, но не достаточно меньше для того, чтобы вся вода превратилась во лед.
Если упростить модель ледяного слоя, то можно представить его в виде бруска, с очень малыми размерами. Когда лед расширяется, он примет форму бутылки или стакана и упрется в них своими краями. Недостающая часть воды, вокруг ледяного слоя, будет находиться в расширяющемся пространстве.
Учитывая, что замерзшая вода в бутылке или стакане создает некоторое давление на стенки, стоит задаться вопросом, как эта сила будет распределена и в какое направление она будет действовать.
Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим промежуточный случай. Предположим, что замерзшая вода внутри стеклянной бутылки или стакана расширилась до полного упора. При этом, можно предположить, что расширение происходит равномерно во все стороны.
Таким образом, можно сказать, что при разрыве стеклянного стакана или бутылки под действием давления замерзшей воды, каждый участник растягивается на некоторое расстояние. Данное расстояние как раз и является силой, с которой лед расширяет стеклянную оболочку.
Для определения этой силы, воспользуемся уравнением ${F = k \cdot l}$, где ${F}$ — сила, ${k}$ — коэффициент упругости и ${l}$ — изменение длины.
Сила упругости равна тому, что можно было бы применить в случае, если держать конец проволоки неподвижным, и расширяющуюся стеклянную бутылку (сопротивление удлинению) можно расценивать как действие обратной силы. Однако, для наших целей, эту силу следует считать силой упругости стекла.
Коэффициент упругости стекла — это величина, которую можно определить экспериментально или использовать среднее значение для данного материала.
Таким образом, вопрос о том, разорвется ли замерзшая вода открытый стеклянный стакан или бутылку, оценивался с учетом следующих факторов:
- Сопротивление удлинению, которое можно представить в виде силы упругости стекла.
- Коэффициент упругости стекла, который зависит от материала, из которого сделаны стеклянные стенки.
- Масса воды внутри бутылки или стакана.
- Температура замерзания воды.
Связь между этими факторами и возможностью разрыва стеклянного стакана или бутылки при замерзании воды является довольно сложной.
Для принятия решения о том, лопнет или не лопнет стеклянная бутылка или стакан, необходимо учитывать все эти факторы и провести более глубокий исследование.
В итоге, можно сказать, что вопрос о разрыве замерзшей водой стеклянного стакана или бутылки имеет много ответов. В зависимости от ситуации, возможны как положительные, так и отрицательные ответы. Поэтому, если у вас есть вопросы в этой области, дальше в статье будет описан один из возможных случаев.
Итак, представим ситуацию: два участника соревнуются, кто сможет заморозить воду в бутылке быстрее. Один участник использует обычную стеклянную бутылку, а другой использует бутылку из металла. В Чехословакии провели эксперимент для определения победителя.
Был выбран материал стекла и металла, который был обрабатан таким образом, чтобы изменить его свойства. Масса бутылки из стекла оказалась равной М, металлической бутылки — m.
Вода была налита в обе бутылки и стеклянная бутылка оказалась полной, а металлическая бутылка была заполнена лишь наполовину.
Оба участника хотели свои бутылки заморозить до температуры -20 градусов Цельсия.
Участник использовавший металлическую бутылку победил. Он быстрее заморозил воду, потому что металлическая бутылка проводила тепло лучше, чем стеклянная. То есть, процесс замораживания воды в металлической бутылке протекал быстрее, потому что металл мог сконцентрировать весь холод внутри себя и передать его воде. В стекла же холод передается хуже, соответственно к выпитию быстрее подойдет .
В данном эксперименте можно отметить, что металлическая бутылка была меньше по объему, однако фактически, вес металла был гораздо больше, чем стекла.
Если вам интересно узнать больше о том, как устроены и как ведут себя различные материалы, а также как можно применять их в различных областях, читайте наш сайт и следите за новыми статьями!
Читайте также
Если задать вопрос, разорвет ли замерзшая вода открытый стеклянный стакан, можно сразу дать ответ: нет, не разорвет. Но для полного понимания происходящего давайте разберемся, какой процесс происходит в данном случае.
Для начала давайте оценим массу замерзшей воды в стеклянном стакане. Плотность льда составляет около 0,92 кг/л, а объем стакана обычно около 250 мл. Таким образом, масса замерзшей воды будет примерно 0,23 кг.
Если стеклянная бутылка будет наполовину заполнена водой, то ее масса будет меньше, так как плотность воды составляет 1 кг/л. Считая, что в бутылке находится 125 мл воды, ее масса будет составлять 0,125 кг.
Теперь рассмотрим процесс замерзания. При замерзании вода начинает расширяться. Она увеличивает свой объем и при этом меняет свою структуру. Хотя заморозка воды и происходит в течение короткого времени, процесс замерзания сильно влияет на свойства воды.
В результате замерзания вода превращается в лед, который расширяется. Стекло стакана не является эластичным и не имеет постоянной формы. Поэтому под действием силы, создаваемой расширением замерзшей воды, стекло не будет разрываться.
Также следует учесть, что при замерзании вода начинает выделять тепло, которое уходит в окружающую среду. В данном эксперименте эта теплоемкость воздуха и стекла не оценивалась, но можно предположить, что она невелика по сравнению с замерзшей водой.
Итак, чтобы ответить на вопрос, разорвет ли замороженная вода стеклянный стакан, нужно учесть несколько факторов: плотность воды и льда, размеры стакана, массу замороженной воды и ее способность расширяться при замерзании.
Лед в бутылке
Представим ситуацию, когда в бутылку объемом Vб = 0.5 литра, была налита вода. Эту бутылку закрыли и поставили в морозильник. Вода в бутылке замерзает и превращается в лед. Что происходит с бутылкой? Разорвет ли замерзшая вода стеклянную бутылку?
Ответ на этот вопрос можно получить, учтя термодинамические процессы. Замерзание воды – это фазовый переход из жидкости в твердое состояние. Когда вода замерзает, она расширяется, то есть изменяется ее объем. Объем замерзшей воды будет меньше, чем объем жидкой воды в бутылке, поэтому лед внутри бутылки будет занимать меньше места, чем вода до замерзания.
Учитывая, что стеклянная бутылка не может растягиваться, она не выдержит напряжений от замерзшей воды и может быть разорвана. В результате этого процесса бутылка может лопнуть или разорваться с поперечными трещинами.
Но что если вода в бутылке заполняет ее не полностью, а только наполовину? В этом случае при замерзании вода будет увеличивать свой объем только на половину места, занимаемого в бутылке. Таким образом, пустое место в бутылке будет «поглощать» расширение воды, предоставив ей дополнительное пространство для замерзания. В результате, стеклянная бутылка не будет разорвана.
Также стоит учесть, что процесс замерзания воды происходит не мгновенно. Лед образуется со скоростью, зависящей от разных факторов, таких как температура, давление, наличие примесей и т.д. Поэтому, если замерзшая вода имеет время расшириться без существенного сопротивления со стороны стекла, то бутылка, скорее всего, не разорвется.
Однако, стоит помнить, что для каждого конкретного случая потребуется провести более детальные расчеты, учитывая множество факторов, таких как теплоемкость воды и стекла, силу трения и др.
Таким образом, ответ на вопрос «Разорвет ли замерзшая вода стеклянную бутылку?» зависит от ряда факторов и может быть разным в разных случаях. Но в целом, если учесть все вышеперечисленные факторы, можно сказать, что возможность разрыва стеклянной бутылки, заполненной замерзшей водой, существует.
Видео:
Переохлаждённая вода при -10℃ и простая физика
Переохлаждённая вода при -10℃ и простая физика by Tech Master 136,323 views 3 years ago 6 minutes, 40 seconds